架空输电线路铁塔结构与基础设计分析

管剑

上海国孚电力设计工程股份有限公司 山东济南 250014

目前，架空输电线路一直都在电力供应系统中发挥着越来越重要的作用。从中国经济发展的情况来看，企业正对电力供应方面提出更高的要求。在针对架空输电线路进行设计的过程中，一方面要能够保证整个铁塔的安全和稳定，另外一方面还需要保证铁塔投入过程中产生的经济效益。但是目前这国架空输电线路在设计的过程中还存在着诸多问题，进而也会导致各种类型事故的发生。因此尤其需要结合目前架空输电线路建设的实际情况找出目前输电线路设计中的不合理之处，以便能够更好地提高整个架空输电线路的安全性和稳定性。

1 输电线路铁塔的基本结构

整个输电线路铁塔主要是由塔头、塔身和塔腿三个重要部分组成的。而包括转角塔、换位塔、终端塔和跨越塔和其他类型的塔都会因为功能的不同而在外部呈现不同类型的形状。从整个结构来看，整个输电线路的塔架都是由平面结构组成的。这些不同类型的平面桁架都会更好地组合在一起，最终形成一个更为合理的塔架。在设计输电线路塔架的过程中，尤其需要在塔架的横截面处设置横隔，一般情况下需保证横膈的面积是塔身平均宽度的2.5倍左右。

2 输电线路铁塔的结构设计关键环节

2.1 塔头铰接点设置

铰接点一直在架空输电线路上占据着非常重要的地位。最近几年，都会通过在三铰拱塔头的中间加入平连杆来更好地提高输电线路铁塔的建设质量。但是从国外调查的过程来看，国外的输电线路的三铰拱塔头的中间却没有因此加入平连杆。以国内外工程经验表明，两种布置方式都可以提供具备稳定性的铁塔结构[1]。

2.2 桁架的杆系布置

在铁塔结构布置前，首先需根据工程需要按沿线地区的水文气象、地质情况和工程导线型号等设计条件来选择正确的铁塔型式。近些年来，铁塔又设计出高低腿结构用以更好地适应山区等塔基地形。选定铁塔型式后需根据具体塔型布置出合理的结构，主要可以采用以下几点措施：第一，可以将拉线杆塔和钢筋混凝土杆塔配置在较为平缓的地区；第二，可以将钢管杆塔配置在城市或者郊区；第三，将窄基杆塔设置在走廊拥挤、路径狭窄的地带。另外，为了让杆系布置的过程变得更加合理，一方面要考虑到杆系合理的节点构造，另外一方面也需要考虑到杆塔本身的结构。

3 评定输电线路铁塔的主要方法

3.1 有效评定拉弯构件强度

在评定过程中，尤其需要按照相关的规范和要求来计算拉弯构件的强度。确保铁塔杆件可以满足有关规程规范中的强度要求。

3.2 压弯构件的局部稳定性

很多输电线路的铁架在桁架体系内部分杆件受压后，多半会因为轴向压力和弯矩的共同作用而变得非常不稳定，从而造成杆件失稳。如果在过程中杆件平面外失稳的情况一旦出现，那么势必会在之后对整体输电线路铁塔的稳定性造成很大的影响[2]。

3.3 保证计算构件的刚度

尤其需要来限制构件长短比例来更好地计算构件的刚度。在计算的过程中，尤其需要让长细比小于长细比限值，这个要求主要是要求铁塔刚度的。在铁塔受力计算过程中，所有长细比都要更好地符合相关规范的要求。

4 优化架空输电线路基础与铁塔的基本措施

4.1 调查沿线的地质和水文条件

在进行架空输电线路设计的过程中，尤其需要有效地对最近30-50年的平均最差和最恶劣的气温和气候环境进行验算，并通过分析沿线架空输电线路情况、通信光缆运行经验和自然灾害等资料来更好地获得有关气象条件和气象结果。最终，也需要通过对有关的地质资料进行全面的分析，合理的确定计算气象条件等参数才能够更好地进行输电线路结构设计。

4.2 强化铁塔基础计算

由于在建设的过程中会遇到不同类型的输电线路铁塔。所以在建设输电线路铁塔的过程中，一定要充分结合当地的地质、地貌和施工条件来全面进行设计。并在设计的过程中需要全面考虑到铁塔的基础强度和稳定性等诸多方面的因素。设计师在设计的过程中，尤其需要全面根据铁塔的基础受力情况来全面进行设计，从而使得架空输电线路能够在更加安全的环境下运行。

4.3 有效降低杆塔接地电阻

在进行架空输电线路设计的过程中，尤其需要通过有效地降低杆塔的电阻水平来更好地提高抗雷的水平。具体可以采用如下的措施来进行：第一，可以使用接地模块的方式来有效改善电阻率偏低的情况；第二，要尽可能地采用酸碱、碱性物质和木炭等非导电的物质如石墨材料等来有效地降低塔杆内部的电阻；第三，可以通过增设降阻剂的方法来有效地降低杆塔内部的接地电阻。

4.4 优化线路路径和杆塔类型

线路经过城镇市区等的走廊空间非常小的区域时，为满足走廊宽度要求时多采用紧凑型多回路钢管杆来设计架空输电线路。从工程实施的情况来看，不仅结构简洁视觉美观，而且还能够有效地节约占地的空间。另外由于输电线路的走廊宽度主要是由塔头尺寸、风偏角度和最小安全距离决定。因此通过有效地控制塔头的尺寸和风向才能够使得整体输电线路内部的走廊宽度得以减小。随着将来城市的高速发展，内部面积会变得越来越小，所以多回路和大截面导线的窄基型杆塔结构将成为今后城市架空线路发展的主要方向。

5 结语

铁塔的结构和基础约占整个架空线路本体造价的60%左右，因此一直在架空输电线路的设计过程中占据着非常重要的地位。架空输电线路设计的结构和质量将会关系到整个架空输电线路投入运营之后的经济效益。在分析了输电线路基本结构、输电线路铁塔结构设计的关键环节、评定输电线路的主要方法和优化架空输电线路的基础与铁塔结构的基本措施几个环节之后，主要结论如下：在进行架空输电线路设计的过程中，尤其需要不断地完善和优化铁塔与基础设计的要点，将铁塔结构及与之连接的基础有效配合，只有这样才能让铁塔架空输电线路在运营的过程中发挥出更好的功能，从而保证架空输电线路更加安全和稳定的运行。